王家，夏穎，陳瓊星，范先鵬，吳茂前，張富林，劉冬碧，張繼銘

摘要：采用清單分析法和等標(biāo)負(fù)荷法，研究了湖北省興山縣香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀，為綜合防控興山縣農(nóng)業(yè)面源污染提供數(shù)據(jù)支撐。結(jié)果表明，流域內(nèi)等標(biāo)污染總負(fù)荷為1 116.7 m3/a，主要污染源是種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，其次是農(nóng)村生活污染源，種植業(yè)源等標(biāo)污染負(fù)荷為639.9 m3/a，畜禽養(yǎng)殖業(yè)源為425.5 m3/a，農(nóng)村生活源為51.3 m3/a，等標(biāo)負(fù)荷比分別為57%、38%和5%，主要污染物是TN和TP，其次是COD和NH4+-N，其等標(biāo)污染負(fù)荷分別為570.92、368.00、90.68、87.10 m3/a，等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為51.1%、33.4%、8.1%和7.8%;主要污染區(qū)域?yàn)楣欧蜴?zhèn)、黃糧鎮(zhèn)，其等標(biāo)污染負(fù)荷為178.12 m3/a和207.23 m3/a，兩者污染負(fù)荷比的和占區(qū)域總負(fù)荷的34.5%。綜上，導(dǎo)致湖北省興山縣香溪河流域水質(zhì)環(huán)境惡化的主要成因是種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè);控制排放的主要污染物TN和TP;防控重點(diǎn)區(qū)域?yàn)辄S糧鎮(zhèn)和古夫鎮(zhèn)。

關(guān)鍵詞：面源污染;等標(biāo)污染負(fù)荷法;興山縣

中圖分類號：X524 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? 文章編號：0439-8114（2014）23-5724-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.025

在國內(nèi)外，水環(huán)境面源污染越來越受到廣泛關(guān)注，面源污染問題的研究也隨之成為更加引人注目的領(lǐng)域[1]。三峽工程是全國水利水電的重大項目，其對生態(tài)環(huán)境造成的影響受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，香溪河是三峽水庫在湖北最大的支流，所以香溪河流域面源污染的防治不容忽視。

研究表明，造成大規(guī)模流域中氮、磷元素超標(biāo)的主要原因是農(nóng)業(yè)面源的污染，其貢獻(xiàn)率大大超過了來自城市的生活廢水和工業(yè)廢水的點(diǎn)源污染[2]。隨著中國人口的不斷增長，全國因廢棄物而被占用和損毀的農(nóng)田面積已經(jīng)超過1.33萬hm2，3億多農(nóng)村人口面臨著飲水不安全問題[3]。農(nóng)村的生產(chǎn)生活已經(jīng)受到嚴(yán)重影響，所以流域農(nóng)業(yè)面源污染的防治是以后環(huán)境保護(hù)工作的首要任務(wù)之一。

三峽水庫及其主要支流水域N、P等營養(yǎng)鹽的含量都已經(jīng)超過國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，已導(dǎo)致富營養(yǎng)化發(fā)生藻類水華[4]。為此，以香溪河流域?yàn)槔?，通過對各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，采用輸出系數(shù)模型[5，6]和清單分析方法[7]對香溪河流域主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同污染源的各污染物指標(biāo)負(fù)荷進(jìn)行估算，用等標(biāo)污染負(fù)荷法[4]確定流域內(nèi)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要污染源類型，由此提出香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染的針對性防治對策。

1 ?香溪河流域概況

香溪河是三峽水庫湖北庫區(qū)最大的支流，干流長94 km，流域總面積3 099 km2，其中流經(jīng)興山縣內(nèi)78 km，最后進(jìn)入秭歸縣內(nèi)。該水系分為東西兩大源流。東源在神農(nóng)架林區(qū)騾馬店，叫東河（深渡河），全長64.5 km;西源在大神農(nóng)架山南，叫西河（白沙河），河長54 km;東西兩河在興山縣高陽鎮(zhèn)昭君村前的響灘匯合后，經(jīng)過香溪鎮(zhèn)進(jìn)入長江干流[8]。研究區(qū)域圖見圖1。

在興山縣香溪河流域，居住人口分布并不均勻，比如在神農(nóng)架林區(qū)基本無人居住，所以主要以興山縣內(nèi)人口密集的香溪河流域部分地區(qū)為主要調(diào)查范圍，對古夫鎮(zhèn)、南陽鎮(zhèn)、高陽鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行了污染源的數(shù)據(jù)調(diào)查分析。興山縣戶籍常住人口117 438人，總耕地面積13 070.7 hm2，其中旱地10 647.8 hm2，水田2 423.1 hm2，平均年化肥使用量11 704.11 t，其中折純氮肥為8 329.92 t，磷肥3 374.15 t。表1是2007年統(tǒng)計的興山縣香溪河流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本概況。

2 ?數(shù)據(jù)調(diào)查與處理

2.1 ?數(shù)據(jù)調(diào)查

文中使用的數(shù)據(jù)均來自2007年全國污染源普查數(shù)據(jù)平臺，選取古夫鎮(zhèn)、高陽鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)、南陽鎮(zhèn)、黃糧鎮(zhèn)、水月寺鎮(zhèn)、高橋鄉(xiāng)和榛子鄉(xiāng)8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中包括種植業(yè)源、畜禽養(yǎng)殖業(yè)源、農(nóng)村生活源三個主要農(nóng)村污染源。

2.1.1 ?種植業(yè)源 ?興山縣8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)總耕地面積13 070.7 hm2，其中包括旱地、水田以及園地，肥料使用量共計11 704.11 t。種植業(yè)源的調(diào)查采取分類、隨機(jī)抽樣的方法。在以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的抽樣調(diào)查中，以農(nóng)戶作為抽樣對象，對該農(nóng)戶的一個典型地塊進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括耕地基本情況、肥料以及農(nóng)藥的使用等信息。

2.1.2 ?畜禽養(yǎng)殖業(yè)源 ?興山縣共有養(yǎng)殖場13個，養(yǎng)殖小區(qū)3個，養(yǎng)殖專業(yè)戶201戶，主要飼養(yǎng)豬、牛和雞。畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源的調(diào)查內(nèi)容主要包括畜禽種類、存欄量、出欄量、飼養(yǎng)階段、污染物的產(chǎn)生與排放情況，及清糞和污水處理方式（表2）。

2.1.3 ?農(nóng)村生活源 ?興山縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)包含109個行政村，戶籍人口總數(shù)為140 380人，戶籍常住人口117 438 人。農(nóng)村生活產(chǎn)生的污水和垃圾很少經(jīng)過處理，直接排放到環(huán)境中，生活污水和生活垃圾的產(chǎn)生總量分別為77.08 t/a和2.28萬 t/a，排放總量分別為19.05 t/a和1.75萬t/a。農(nóng)村生活源主要調(diào)查統(tǒng)計農(nóng)村常住人口和外來人口數(shù)量，農(nóng)戶的用水情況、經(jīng)濟(jì)收入狀況以及生活垃圾和生活污水處理方式。

2.2 ?數(shù)據(jù)處理

通過對調(diào)查對象的數(shù)據(jù)結(jié)果匯總與對應(yīng)污染物產(chǎn)排系數(shù)[9]（表3至表5）相結(jié)合，以此按照排污系數(shù)模型[10]測算出農(nóng)村生活源排放污染物的情況，然后通過等標(biāo)污染負(fù)荷法，以行政單元匯總，計算出各污染物在環(huán)境中的等標(biāo)污染負(fù)荷。

2.2.1 ?輸出系數(shù)法 ?Johns等建立了輸出系數(shù)模型，可以有效避開面源污染的發(fā)生過程，從而降低了對流域內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的要求，適用于中國很多地區(qū)缺乏面源污染檢測資料的情況[5]。其模型方程為

Li=■=EijAj+P0 （1）

式（1）中，Li為污染物i的負(fù)荷量，kg/a;Eij為污染物i在第j種土地利用類型中的輸出系數(shù)[kg/（ca·a）]或第j種畜禽養(yǎng)殖的污染物i的輸出系數(shù)[kg/（ca·a）]或人口因素導(dǎo)致的污染物i的輸出系數(shù)[kg/（ca·a）];Aj為第j種土地利用類型的面積（hm2）或第j種畜禽養(yǎng)殖的數(shù)量（ca）或人口數(shù)量（ca）;P0為降雨輸入的污染物總量，kg/a;m為流域內(nèi)污染源數(shù)量。

輸出系數(shù)一般通過現(xiàn)場監(jiān)測和查閱文獻(xiàn)獲取?，F(xiàn)場檢測可以獲取較高精度的參數(shù)，但是工作量大、耗時長、費(fèi)用高;查閱文獻(xiàn)是利用前人的研究成果，便于獲得，但所得輸出系數(shù)地域特征明顯，模型系數(shù)精度有限[11]。本研究中模型均根據(jù)流域?qū)嶋H情況并結(jié)合第一次全國污染源普查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行計算。

2.2.2 ?污染負(fù)荷計算方法 ?對一個系統(tǒng)中多個污染源及其排放的多種污染物進(jìn)行評價，以確定主要污染源和主要污染物，在此過程中通常采用等標(biāo)污染負(fù)荷作為統(tǒng)一比較的尺度，對各污染源和各污染物的環(huán)境影響大小進(jìn)行比較。

Pi=■×10-6（2）

Ki=■×100%（3）

式（2）中，Pi為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷量，單位為m3/a;Qi為污染物i的排放量，單位為t/a;Coi為污染物i基于水環(huán)境功能分區(qū)的水質(zhì)控制類別標(biāo)準(zhǔn)值（地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002），單位為mg/L;式（3）中，Ki為污染物i的等標(biāo)污染負(fù)荷比。

在等標(biāo)污染負(fù)荷計算中水質(zhì)控制類別標(biāo)準(zhǔn)值均采用地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類功能區(qū)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值，COD為15 mg/L，NH4+-N和TN均為0.5 mg/L，TP為0.1 mg/L。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 ?各污染源污染分析

3.1.1 ?種植業(yè)源 ?在種植業(yè)源中，TN和TP的流失總量分別為197.16 t/a和22.79 t/a，是種植業(yè)源產(chǎn)生的主要污染物。鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間污染物流失量趨勢基本相同，從小到大為高橋鄉(xiāng)、高陽鎮(zhèn)、南陽鎮(zhèn)、榛子鄉(xiāng)、水月寺鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)、古夫鎮(zhèn)、黃糧鎮(zhèn)。其結(jié)果與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)肥料施用量基本相似（表6）。

3.1.2 ?畜禽養(yǎng)殖業(yè)源分析 ?在畜禽養(yǎng)殖業(yè)源中對環(huán)境排放的主要污染物有TN、TP和COD三種。畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的總污染物等標(biāo)負(fù)荷為425.51 m3/a（表7），黃糧鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷最多，為94.57 m3/a，其中主要污染物為TN，等標(biāo)污染負(fù)荷為42.16 m3/a，等標(biāo)污染負(fù)荷比為44.58%。

3.1.3 ?農(nóng)村生活源分析 ?排放的生活污水和生活垃圾中污染物主要包括TN、TP和COD。農(nóng)村生活源排放的污染物等標(biāo)污染負(fù)荷為51.33 m3/a（表8）。TN、TP、NH4+-N和COD的等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為29%、19%、12%和41%。各鎮(zhèn)之間等標(biāo)污染負(fù)荷比也存在差異，從大到小為古夫鎮(zhèn)、水月寺鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)、黃糧鎮(zhèn)、高陽鎮(zhèn)、南陽鎮(zhèn)、高橋鄉(xiāng)、榛子鄉(xiāng)。

3.2 ?興山縣香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀

從表9可知，2007年香溪河流域興山縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)污染物排放的TN、TP、NH4+-N和COD的總量分別為285.46、36.8、43.55、1 360.18 t/a。興山縣各污染物之間的變化從小到大依次為TP、TN、NH4+-N、COD。COD、TN、TP的最大值均出現(xiàn)在黃糧鎮(zhèn)，這是因?yàn)辄S糧鎮(zhèn)常住人口和耕地面積高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是南陽鎮(zhèn)的一倍多。農(nóng)業(yè)面源污染的排放量與該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地面積、農(nóng)村常住人口和化肥使用量分布基本吻合，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)面源污染與這些因子的相關(guān)系數(shù)都達(dá)到了顯著水平（表10）。

4種污染物最小值也出現(xiàn)在榛子鄉(xiāng)，這是因?yàn)殚蛔余l(xiāng)相對于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏離縣城中心，城鎮(zhèn)化程度低，常住人口少，林地面積大，森林覆蓋率高達(dá)88.8%，在榛子鄉(xiāng)西面的麻林河流域也是香溪河的發(fā)源地之一，水資源豐富。

3.3 ?農(nóng)業(yè)面源污染綜合評價分析

3.3.1 ?主要污染物分析 ?由表11可以得出，興山縣香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染等標(biāo)污染總負(fù)荷為1116.7 m3/a，其中TN為570.92 m3/a，TP為368 m3/a，COD為90.678 7 m3/a，NH4+-N為87.1 m3/a;污染負(fù)荷比分別為51.1%、33.0%、8.1%、7.8%;TN污染負(fù)荷比分別是COD污染負(fù)荷比和NH4+-N污染負(fù)荷比的6.3倍和6.5倍;TP污染負(fù)荷比分別是COD污染負(fù)荷比和NH4+-N污染負(fù)荷比的4倍和4.2倍。各污染物排放規(guī)律基本一致，TP和TN的等標(biāo)污染負(fù)荷相對于其他兩類污染物較大，尤其在黃糧鎮(zhèn)TN是最主要排放污染物，所以TP和TN是該區(qū)域的主要污染物。主要污染區(qū)域?yàn)樗滤骆?zhèn)、峽口鎮(zhèn)、古夫鎮(zhèn)、黃糧鎮(zhèn)，占區(qū)域總污染負(fù)荷的64.18%，其中黃糧鎮(zhèn)和古夫鎮(zhèn)最高，兩者之和占總污染負(fù)荷的34.5%。因此，黃糧鎮(zhèn)和古夫鎮(zhèn)是主要的兩個污染物排放區(qū)域。

3.3.2 ?主要污染源分析 ?由表12可知，興山縣境內(nèi)香溪河流域主要地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染源中植業(yè)源等標(biāo)污染負(fù)荷為639.9 m3/a，畜禽養(yǎng)殖業(yè)為425.5 m3/a，農(nóng)村生活為51.3 m3/a，其等標(biāo)負(fù)荷比分別為57%、38%和5%。由此得出種植業(yè)為興山縣主要污染源，其次是畜禽養(yǎng)殖業(yè)。

在4類污染物中，TP和TN的等標(biāo)污染負(fù)荷是570.9 m3/a和368.0 m3/a，等標(biāo)負(fù)荷比分別為51%和33%，由此可以看出，TP和TN是造成香溪河流域面源污染的主要污染物。

結(jié)果表明，湖北省香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染主要污染源為種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，農(nóng)村生活也不容忽視，主要污染物為TN和TP，說明香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染屬于生產(chǎn)與生活復(fù)合型污染。而通過表5可以直觀地看出主要污染源對各污染指標(biāo)貢獻(xiàn)的比例。從香溪河上游至下游，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)對TN、TP的貢獻(xiàn)逐漸增多，農(nóng)業(yè)人口、畜禽養(yǎng)殖的貢獻(xiàn)逐漸增加，這是因?yàn)閺南阆由嫌蔚絽R入長江耕地面積逐漸增多，人口、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量也逐漸增加。種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)是主要污染源，原因?yàn)榕d山縣地貌區(qū)劃屬秦嶺大巴山體系，山脈走向從東向西，由南向北逐漸升高，所以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以種植和畜禽養(yǎng)殖為主，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村缺少集約化生活垃圾以及生活污水處理設(shè)施，農(nóng)村生活對污染貢獻(xiàn)比例只占有一小部分。農(nóng)業(yè)面源的主要污染物是TN和TP，林秀春等[12]對萩蘆溪流域的研究結(jié)果相近，可見農(nóng)業(yè)面源污染中N和P是主要污染物，控制N和P排放量是防治香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染的有效手段。

湖北省興山縣07年N肥的平均施用量為615.9 kg/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出全國平均施用量（158 kg/hm2）[13]，從施肥體系上可以看出[14]，合理使用化肥和農(nóng)藥是香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染的主要防治重點(diǎn)。在對各污染源及其排放的污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)各污染源的主要污染物均為TN和TP，其中種植業(yè)中TN和TP的等標(biāo)污染負(fù)荷比最大，說明TN和TP主要來源于種植業(yè);種植業(yè)無COD排放，COD主要來源于畜禽養(yǎng)殖業(yè);農(nóng)村生活污染源對流域內(nèi)的貢獻(xiàn)最小。

4 ?小結(jié)與討論

2007年香溪河流域主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP和COD的排放量分別為285、36.8、1360.18 t/a;主要污染物是TN和TP，其等標(biāo)負(fù)荷分別為570.92、368 m3/a，污染負(fù)荷比分別為51.1%和33.0%。

香溪河流域的主要污染源為種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)村生活污染，各污染源等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為57%、38%和5%，種植業(yè)對香溪河流域農(nóng)業(yè)面源污染貢獻(xiàn)最大，應(yīng)該是重點(diǎn)治理對象。4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的等標(biāo)污染負(fù)荷比有所不同，趨勢基本相同，從小到大為高陽鎮(zhèn)、榛子鄉(xiāng)、南陽鎮(zhèn)、高陽鎮(zhèn)、水月寺鎮(zhèn)、峽口鎮(zhèn)、古夫鎮(zhèn)、黃糧鎮(zhèn)。

N、P污染主要來源于種植業(yè)。畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的主要污染物是COD;重點(diǎn)防控區(qū)域?yàn)楣欧蜴?zhèn)和黃糧鎮(zhèn)。在種植業(yè)中，主要使用N肥、P肥來促進(jìn)農(nóng)作物生長，所以COD污染物的排放量極少，幾乎無排放，所以植物業(yè)源對COD污染物負(fù)荷的貢獻(xiàn)率是很少的。在農(nóng)村生活源中，污染物的排量也只占很少一部分，農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)尚未跟上，大部分地區(qū)尚無下水管道，所以大部分污染物都是以地表處理或者直接以田間利用的方式處理。

針對種植業(yè)和畜禽業(yè)污染，目前發(fā)達(dá)國家對農(nóng)田種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)面源污染的主要控制技術(shù)有農(nóng)田綜合農(nóng)業(yè)管理模式、等高線條帶種植、農(nóng)業(yè)水土保持技術(shù)措施[15]、清潔養(yǎng)殖技術(shù)等，在興山縣可以借鑒的國內(nèi)的有效實(shí)施的方法有以下3種。

1）農(nóng)田生態(tài)培肥技術(shù)。增施有機(jī)肥、生物肥，實(shí)行用地養(yǎng)地結(jié)合，提高土壤肥力水平。有機(jī)肥以各種農(nóng)家肥（如高溫堆肥、秸稈、餅肥）和商品有機(jī)肥、復(fù)混肥為主，生物肥以各種微生物肥（如磷細(xì)菌肥、復(fù)合微生物肥）、腐植酸類肥為主[16]。

2）化學(xué)農(nóng)藥污染控制技術(shù)。大力推廣機(jī)械物理防治法。利用人工器械進(jìn)行捕殺，利用昆蟲的趨光性使用黑光燈、高壓汞燈進(jìn)行滅殺[17]，利用昆蟲對某些特定植物的趨性進(jìn)行植物誘殺，利用昆蟲性外激素誘殺。

3）清潔養(yǎng)殖技術(shù)。推行清潔養(yǎng)殖是治理養(yǎng)殖業(yè)污染的重要關(guān)鍵。以沼氣為紐帶的畜禽糞便綜合利用是我國大中型畜禽場糞便的主要途徑，同時要減少畜禽欄舍沖洗水量，分別處理畜禽場的固、液糞污。

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